應用電子學（）期末考解答
P1.(25)設計一個基本的npn BJT 差動放大器，差動電晶體對的集極以電阻為負載，以0.5mA的基本電流鏡提供 射極偏壓電流，單端的開路輸出增益要求為30(無輸出負載時)，給定的電壓源為±5V。請畫出電路圖，包含電 流鏡的設計。計算出此放大器的共模輸入訊號範圍、差模輸入電阻、輸出阻抗、共模增益(要先算電流鏡的輸 出阻抗)、及CMRRdB。
2.(35)(a)如右圖之放大器，要求電晶體的IC為1mA，電壓增益(
o/
s)大約為-40。此外，RL=2k、Rs = 75、VCC =9V。另外假定VB=4V，通過R1的電流約為IB的十倍。找出R1、R2、RC、RE。[Note:建議先由gm、RL估算RC；注意這裡RS很小。]
(b)我們希望此放大器的低頻3dB點大約在20Hz，設計適當的CC1、CC2和CE。 (c)估算此放大器的高頻3dB頻率。(畫出高頻小訊號模型，並使用Miller’s approx.)
3.(40) Two-stage CMOS op-amp
下頁電路是在作業中做過的。各電晶體的尺寸如下:
Transistor Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
W/L(m/m) 20/0.8 20/0.8 5/0.8 5/0.8 40/0.8 10/0.8 40/0.8 40/0.8 VDD = VSS = 3V, IREF = 120 A
I.放大器特性的估計
(a)先判定各電晶體的功能。把各級及電流源偏壓電路個別框出來。
(b)估計所有電晶體的ID, |VOV|(|VGS-Vt|), |VGS|, gm, 及ro。(列表)
(c)將輸入級和輸出級小訊號模型簡化成電壓控制電流源電路，包含他的輸出阻抗。估算各級增益和總增益。
(d)估算輸入共模訊號可接受的範圍，及輸出電壓的範圍。
II.用”Miller’s effect”估算”補償電容”CC的影響。假如我們要求此高頻3dB頻率在100Hz，CC應該為多大?若要 增為10kHz，CC應該為多大?
Transistor Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
W/L(m/m) 20/0.8 20/0.8 5/0.8 5/0.8 40/0.8 10/0.8 40/0.8 40/0.8
4.(15)解釋何謂cascode configuration?有何好處?為什麼?(以BJT電晶體當作說明例)
5.(25)(a)請設計出放大器所需要的電流源。
(b)下圖電路是作業中分析過的電路，假如主要極點要 設計在100Hz，請問CC應該為多大?RL=75。先算出第 二級增益。
6. (20) For each of the differential amplifier module, plot the half circuit for the differential-mode signal input and calculate the differential gain for double-ended output.
7 (20) A common-gate amplifier has the parameters:
(a) Plot the high-frequency small signal model. (Regroup the capacitors in parallel for analysis.) (b) Calculate the midrange gain.
(c) Estimate the high-frequency 3dB point.
